基于NPP-VIIRS夜光遥感的杭州市建成区结构发展变化分析

为探索杭州市城市结构发展变化,本文基于NPP-VIIRS夜光遥感数据,结合GIS与Fragstats技术分析杭州市城市建成区动态变化以及结构发展演变分析。结果表明：1)研究期间,杭州市建成区面积持续扩张,以原有区域为基础向四周蔓延式增长;2)通过构建城市扩张指数分析,杭州市年均扩张速率、扩张强度持续降低,联合光强度和夜光均值评价指标,分析城市建成区内部的经济发展水平;3)景观格局指数显示,杭州市建成区景观破碎度变大,景观形态复杂度提高。杭州市应充分发挥地理资源优势,统筹全域均衡发展,有效提升用地合理性。该研究对提高城市规划管理水平具有参考价值,可为杭州市城市用地规划、建设及可持续发展提供科学依据。     

“珞珈一号”夜光数据在漓江流域城镇信息提取中的应用

城市的空间结构和扩展情况是研究城市发展的重点,利用夜光数据可以有效地提取出城镇信息,珞珈一号夜光数据的分辨率较高,但目前对珞珈一号夜光影像的研究不多。本文以广西壮族自治区桂林市的漓江流域为研究区域,采用简单阈值法和城市夜间灯光指数法分别从NPP-VIIRS夜光数据和珞珈一号夜光数据中提取漓江流域的城镇信息,比较了两种提取城镇信息方法的优劣以及NPP-VIIRS夜光数据和珞珈一号夜光数据在提取小区域城镇信息的精度,并分析珞珈一号夜光数据在实际提取小区域城镇信息的可行性。结果得出：利用城市指数法从珞珈一号夜光数据提取城镇信息较为清晰,提取结果的Kappa系数为0.729 3,高于NPP-VIIRS夜光数据的提取结果。     

基于DMSP-OLS和珞珈一号夜光遥感影像的粤港澳大湾区城市空间格局演变

夜光遥感影像数据可有效反映城市空间格局变化。本文基于1992—2012年的DSMP-OLS夜光遥感影像和2018年的珞珈一号遥感影像,利用分层阈值法提取粤港澳大湾区内各城市建成区;通过计算平均灯光强度、平均灯光增长速率、城市建成区面积、城市建成区增长速率、城市重心、城市重心偏移距离等一系列指数,揭示区内各城市的空间格局演变过程。研究结果表明:①1992—2018年,粤港澳大湾区的城市规模大幅增长,沿珠江口两侧形成了以澳门、广州、深圳和香港为核心的倒“U”形城市群,并呈辐射状向周边扩张。②以珠江口为界,粤港澳大湾区东部各个城市的发展水平整体高于西部各个城市,广州、深圳、香港等核心城市发展水平明显高于江门、肇庆、惠州等外围城市。③1992—2018年,粤港澳大湾区建成区的增长速率由小变大,最后逐渐趋于稳定,2002—2007年是城市扩张最迅猛时期。④1992—2018年,粤港澳大湾区的各城市重心迁移方式表现为3种类型:持续向区域中心迁移;持续向相邻城市邻接区迁移;持续向海洋方向迁移。大部分城市的重心迁移方向呈“震荡”特征。     

基于多源遥感数据的北京市1973-2005年间城市建成区的动态监测与驱动力分析

城市地域空间扩展情况是衡量城市化水平的重要测度指标。利用陆地卫星MSS影像、TM（或ETM＋）影像、灾害监测星座数据和“北京一号”小卫星数据,对1973—2005年北京市建成区的扩展过程、面积变化和土地利用影响进行了监测分析。结果表明：32年间,北京市建成区面积净增加超过1000km2,2005年达到1209.97km2,相当于1973年的6.58倍,年均扩展32.07km2。北京市建成区的扩展基本上呈现出以旧城区为中心向四周扩展的方式,并未在某一方向表现出特别明显的变化,但在不同时期内的扩展速度差异非常明显。北京市建成区的扩展面积中,54.34%来自于农村居民点和独立工矿用地及其他建设用地,43.57%来自于水田、旱地等耕地。人口增长对北京市建成区的扩展有显著的刺激作用;经济增长是城市变化的主要动力之一;交通的发展促进了城市用地的扩展,是城市扩展的牵引力,对城市空间扩展具有指向性作用;而政策与制度因素则在很大程度上决定了北京市发展和扩张的宏观格局。     

基于多源数据与随机森林方法的城市建成区提取——以郑州市为例

基于夜间灯光数据的阈值分割法在城镇建成区提取研究中被广泛应用,但由于夜间灯光数据分辨率低、灯光溢出和阈值分割法无法顾及区域差异等问题,一定程度上影响了该方法的提取精度。以郑州市为例,以LJ1-01与NPP/VIIRS两种夜间灯光影像为主要数据源,结合Landsat8中分辨率遥感影像、网络城市兴趣点(POI)及路网数据,利用随机森林分类方法对郑州市2018年建成区进行提取,参考土地利用数据,对RF分类法与NTL、VANUI、BANUI、PANUI、RANUI指数等阈值法进行对比实验和精度评价,评估基于多源数据的随机森林分类方法在城市建成区提取中的优势。实验表明,RF比阈值法提取的建成区更接近真实建成区且提取精度更高,具有更好适用性;LJ1-01数据提取的效果和精度总体优于NPP/VIIRS数据;在采用RF分类时,各类特征的重要性在不同夜光数据源中表现差异较大。     

采用夜光遥感数据提取城市建成区的邻域极值法

针对灯光溢出特性导致的采用夜光数据提取城市建成区精度低的问题,提出了采用邻域极值法的建成区提取方法。首先,应用一元二次回归模型对夜光数据进行相对辐射校正处理;然后,通过邻域极值滤波得到描述影像灰度值空间变化特征的极值影像;最后,采用极值搜索算法获取建成区边界影像,并利用二值分割法提取城市建成区。实验结果表明,所提方法的平均Kappa系数和阈值选取时间分别为0.85、37 s,较突变检测法和统计分析法分别提高了0.03、1 503 s和0.01、443 s。提取结果的空间形态更接近于参考数据,具有更好的提取效果和稳定性。     

基于夜光遥感数据的中原城市群建成区时空变化分析

本文基于“类NPP-VIIRS”夜光遥感数据集,采用改进的统计数据比较法提取中原城市群建成区,利用重心迁移指标和典型景观格局指标,分析中原城市群建成区2002—2020年的时空变化特征。研究表明:①中原城市群建成区扩张强度先快后慢,整体呈下降趋势;建成区重心在经历多次偏移后最终指向东南方向,但一直位于郑州大都市区范围内。②中原城市群发展迅速,建成区总面积在2002—2020年增加了1.429倍;在2011—2012年出现大量新兴城镇;2014年之后趋于稳定,城镇之间的联系越来越紧密。③中原城市群建成区空间格局复杂度逐年上升,破碎程度总体降低,郑州大都市区建成区扩张速度明显快于中原城市群整体建成区扩张速度。     

基于夜光遥感影像的苏南城市群建成区提取方法

基于苏南地区2020年月平均NPP-VIIRS夜光遥感影像,构建了基于差值平方函数的城市群建成区提取模型,验证了模型精度,分析了苏南城市群建成区特征,并从面积、混淆矩阵和景观指数等方面对不同方法提取的建成区对比分析,具体结论如下：(1)构建了基于差值平方函数的城市群建成区提取模型,此法提取的建成区与苏南地区实际建成区分布结果具有高度的一致性;(2)实现了苏南城市群建成区的提取,苏州面积最大,无锡建成区占比最高;(3)差值平方法提取的城市建成区面积准确率高于阈值法,差值平方法与阈值法的总体精度相近,而差值平方法的Kappa系数高于阈值法,景观指数更接近实际情况,能够有效提高城市建成区的提取精度。     

基于夜光遥感的山东省城市时空格局演化分析

基于1993年、1998年、2003年、2008年、2013年由美国军事气象卫星计划/线性扫描系统(defense meteorological satellite program/operational linescan system,DMSP/OLS)获取的山东省夜间灯光数据,结合山东省社会经济统计数据,采用夜间灯光强度、城市扩张速度和区域发展指数,从夜光辐射遥感数据的视角分析了山东省二十年的城市时空分布规律和扩展模式.研究结果表明了夜光数据与城市区域发展指数的强相关性,揭示了山东省城市时空格局的演化过程.     

基于DMSP/OLS夜光遥感影像的城市扩张政策驱动因素分析

城市扩张的速度和方向已成为社会关注的焦点,利用夜光遥感进行城市扩张驱动力成因分析是近年来的研究热点。本文采用DMSP卫星所获取的年平均中国区域夜光影像数据,首先对1992—2012年共21年的时序夜光影像进行相对辐射定标;其次通过经验阈值法进行城市建成区面积提取,并通过Landsat影像进行精度验证;最后引入计量经济模型,以地级市主政官员政治周期为解释变量,对全国1992—2012年地级市扩张的政策驱动力因素进行了归因分析。通过本文的分析可知,地级市主政官员政治周期的更替对城市扩张方向存在显著影响。     

多源遥感数据的城市边界提取及动态变化研究

针对城市用地无序扩张,城镇结构不合理等问题,在生态文明建设背景下,国家和地方政府提出划定城市边界管控城市扩张.该文综合白天光学遥感和夜光数据各自的优势,提出一种快速、精确的城市边界提取方法.一方面解决白天光学遥感数据提取城市边界的不连续问题,另一方面提高了基于夜光数据提取城市边界的精度.通过构建VANUI夜光指数,建立...     

基于夜间灯光影像的云南省建成区演变研究

夜间灯光影像可衡量城市进程.建成区与植被覆盖度具有一定的负相关性.本文用基于植被校正的城市夜间灯光指数(Vegetation Adjusted NTL Urban Index,VANUI)提取云南城市建成区.先对两种影像进行相互校正,再与归一化植被指数合成基于植被校正的城市夜间灯光指数,最后基于指数采用分水岭分割算法提取城市建成区进行时空演变分析.研究表明:VANUI指数可以对建成区边缘进行较高精度的识别;滇中建成区的扩张速度和强度在全省保持在较高水平;主要城市的建成区紧凑度都在减小;全省建成区重心的偏移呈现东南—东南—东南—东北—西南—东北方向,建成区重心偏移位置变化不大.     

UBII:一种协同经济、社会与人类活动的城市边界识别指数

城市边界识别是测度城市规模的关键,也是研究城市问题的基础。本文在借鉴了国内外已有的研究基础上提出了一种新的综合经济因素、社会因素、人类活动强度和范围的城市边界识别指数UBII(Urban boundary i-dentification index),即用经济密度、人口密度、夜光强度和出行时间4种参数构建指数来识别城市边界并提取城市建成区范围。本文将对此指数和城市边界识别方法进行介绍,并选取中国湖北省作为实验区,讨论了UBII的合理阈值,进行了不同方法下的城市边界识别对比分析以及不同发展阶段城市的适用性分析。结果表明:使用UBII进行城市边界识别具有较高的准确性,识别结果更为客观;对于不同发展阶段的城市均有一定的适用性,识别结果更为精确。     

基于多源遥感数据的南宁市建成区动态监测与驱动力分析

为了解南宁市建成区空间和时间的扩张特征,本研究选取美国国防气象卫星（DMSP）得到的DMSP/OLS和美国的“索米”国家极轨卫星伙伴卫星（Suomi NPP）得到的NPP-VIIRS两类夜间灯光遥感影像数据,以及Landsat系列遥感影像作为基础数据,提出了一种基于多源数据融合法结合统计数据比较法快速提取城市建成区的方法,基于该方法对2000—2020年南宁市建成区的面积扩张变化、面积重心变化、面积扩张速度和扩张强度变化进行了动态监测和驱动力分析。结果表明：(1)南宁城区扩张幅度明显,扩张速度呈增强趋势;(2)南宁市建成区形态以向外扩张、向内填充为主,空间紧凑程度不断下降,空间形态趋于稳定;(3)建成区重心由西北向东南转移,东南方向为南宁市建成区的主导发展方向;(4)人口增长和经济发展是城市建成区扩张的直接驱动力和根本驱动力,城市交通运输的发展对建成区扩张具有牵引力与指向性。     

集成多源遥感影像特征分量的城市建成区提取

城市建成区作为衡量城市发展的重要指标,是城市化研究中的重要数据源。针对城市建成区的提取,本文提出一种集成多源遥感影像的城市建成区提取方法。通过分析哨兵2A的光谱特性,构建了主成分第一分量PC1、归一化植被指数NDVI(Normalized Vegetation Index)和归一化建筑用地指数NDBI(Normalized Difference Built-up Index),与夜间灯光数据NTL(Night Time Light)构成特征分量集,对各特征分量进行归一化处理后综合分析,根据城市建成区形态特征构建规则集,实现面向对象的城市建成区提取。提取结果表明,本文方法具有较高的生产者精度和Kappa系数,且提取的城市建成区完整性好,与实际的城市建成区较为吻合。此方法可为使用多源遥感影像进行面向对象的城市建成区提取研究提供参考依据。     

基于夜光遥感的城市空间发展格局研究——以海口市为例

利用DMSP/OLP和NPP/VIIRS夜光遥感影像对海口近30年城市空间发展进行了研究,结果表明:海口城市化扩展速度在2008—2012年处于高峰期,扩展方向驱动力为西海岸、江东片区,当前多为内涵式填充发展.结合社会经济数据分析,发现固定资产投资额为促使建成区扩展的主要动力之一,该研究对海南省的城市规划建设具有重要的指导意义.     

一种基于车辆轨迹数据的城市建成区边界识别方法

城市建成区边界是城市土地资源管理和城市扩张管理的重要依据。本文提出了基于出租车轨迹数据,利用多分辨率下规则格网对比分析法及Densi-Graph阈值确定法,来自动提取城市建成区边界的方法。试验采用北京市2008年出租车GPS轨迹点数据,依据该方法模型计算提取城市建成区并进行结果准确度评价,将提取结果与北京市2008年土地覆盖空间分布图进行比对,所提取建成区边界范围与城镇、建设用地区域范围基本相符;将提取结果与中国城市统计年鉴数据进行比对,该年鉴中给定2008年北京市建成区总面积为1 310.94 km^2,本文方法提取建成区总面积约为1 077.33 km^2,提取准确度约为82.18%,表明本文方法可以获得准确的建成区范围。     

基于地理国情监测的建成区扩张分析研究

以2015年、2016年和2017年南京江北新区地理国情数据为参考数据,基于高分辨率遥感影像,提取了2015年、2016年和2017年的城市建成区范围。结果表明:(1)江北新区成立前后城市建成区扩张明显,主要集中在北、东北和西南方向;(2)其他方向扩张不明显,且城市边界趋于复杂化;(3)城市紧凑度较低,合理的城市布局有待完善。在新区建成区空间格局分析的基础上,揭示其内在动力,为地理国情监测在城镇化发展研究方面的应用提供参考。     

基于夜间灯光影像的太原市城市扩张特征及驱动力分析

随着城市化进程的推进,城市建成区范围不断扩大,在此过程中也出现了诸多问题。为更好地了解城市发展规律,本文选取1992、1997、2002、2007、2012年5期的DMSP/OLS数据和2017、2019年2期的NPP-VIIRS两种夜间灯光影像作为数据源,采用统计数据比较法提取太原市建成区范围,通过对太原市建成区形态扩张指数的分析,得出城市扩张规律。研究结果表明:①太原市建成区从1992-2019年太原市建成区面积增长了249.73km²,扩大了2.7倍,且建成区增长的面积主要集中在太原市的东南部。②2002-2012年和2017-2019年进入加速型扩张模式,扩张的速度快;1992-2019年太原市重心偏移距离为5676.42m,平均偏移速度为202.73m/a,重心位置总体向东南方偏移。③太原城市扩张的驱动力主要是受经济发展因素、人口因素、交通因素和政策规划因素的影响。本文为太原城市规划和空间结构调整提供理论依据和数据支撑。     

基于夜间灯光数据的哈大齐工业走廊城市空间扩展特征分析

随着改革开放的深入,为了推动东北地区经济发展,对哈大齐工业走廊城市空间格局演化进行研究有重要意义.利用2005—2019年美国国防气象卫星计划线性扫描系统(Defense Meteorological Satel-lite Program-Operational Linescan System,DMSP-OLS)和夜光传感器可见光近红外成像辐射搭载国家极轨卫星(Nation Polar Orbiting Partnership-VisibleInfraredImaging Radiometer Suite,NPP-VIIRS)夜间灯光数据进行研究.首先,通过回归分析建立校正模型,其次利用最佳灯光阈值提取城市建成区范围,最后引入扩展速度、紧凑度、分形维数、城市重心等相关数学模型,定量研究空间扩展规律.分析城市空间扩展的驱动力主要为人口因素、经济因素、政策规划因素,为东北地区经济发展提供理论依据.